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Técnicas de amplificación de potencia en la caracterización de transductores acústicos submarinos

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Pruebas de acústica submarina de monocristales ferroeléctricos relajantes

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Impulsada por las exigencias del desarrollo de los recursos marinos y el avance estratégico nacional, la tecnología de detección acústica submarina sigue evolucionando e innovando. En este campo, los transductores acústicos submarinos, como componentes básicos para la transmisión y recepción de ondas acústicas submarinas, desempeñan un papel crucial, por lo que es esencial mejorar su rendimiento. Los transductores de banda ancha ofrecen importantes ventajas en la transmisión de señales acústicas submarinas. Sin embargo, lograr una transmisión de banda ancha para transductores de alta frecuencia sigue siendo un reto. Los transductores de banda ancha presentan numerosas ventajas.
Nombre del experimento: Ensayo de transductores de transmisión acústica subacuática de monocristal ferroeléctrico relajante
Principio experimental:
Este estudio demuestra que cuando un transductor transmisor tiene múltiples frecuencias resonantes, la selección de una frecuencia de adaptación adecuada puede lograr un ancho de banda significativamente amplio. Los resultados indican que cuando la frecuencia de adaptación corresponde a las frecuencias resonantes inferior o media del transductor, los anchos de banda fraccionales de -3dB son del 48% y 56%, respectivamente, mientras que los anchos de banda fraccionales de -6dB son del 68% y 78%, respectivamente. Las respuestas de tensión de transmisión máximas dentro del ancho de banda de -6 dB son de 140,1 dB y 138,1 dB, respectivamente. En comparación con el transductor sin adaptación acústica (ancho de banda fraccional de -3 dB del 33%, ancho de banda fraccional de -6 dB del 59% y respuesta de tensión de transmisión de 146,6 dB), el ancho de banda mejora. Sin embargo, cuando se adapta a la frecuencia de resonancia más alta, el ancho de banda fraccional de -3 dB alcanza el 67% (88-177 kHz) y el ancho de banda fraccional de -6 dB alcanza el 107% (79-259 kHz), junto con una elevada respuesta de tensión de transmisión de 143,5 dB. El transductor fabricado mide 19 mm × 25 mm de tamaño, lo que demuestra que el transductor diseñado puede lograr la transmisión acústica submarina de banda ancha de alta frecuencia en una forma compacta.
Diagrama de bloques experimental:[图片]Fotografía del montaje experimental:[图片]Procedimiento experimental:
En este experimento se utilizó una piscina de 5 m de longitud, 3 m de anchura y 2 m de profundidad. Se empleó una configuración de prueba diseñada para fijar el transductor bajo prueba y un hidrófono estándar a una profundidad de 1m por debajo de la superficie del agua, con una distancia horizontal de 1m entre ellos. Como se muestra en el diagrama esquemático, se utilizó un generador de señales (Keysight 33600A) para producir señales de impulsos sinusoidales a las frecuencias correspondientes. Estas señales se amplificaron mediante un amplificador de potencia (Aigtek ATA-L6) y se conectaron a los terminales positivo y negativo del transductor sometido a prueba. Se utilizó un hidrófono estándar (Teledyne RESON TC4034) para recibir las ondas acústicas emitidas por el transductor. Las señales recibidas se visualizaron en un osciloscopio (Keysight DSOX3014T), mientras que otro canal del osciloscopio se conectó al puerto de monitorización del amplificador de potencia para observar la frecuencia, amplitud y otra información de la señal de salida.
Áreas de aplicación: Acústica marina, materiales piezoeléctricos, ingeniería submarina
Escenarios de aplicación: Transductores acústicos, transductores de banda ancha, monocristales ferroeléctricos relajantes, capas de adaptación acústica, adaptación de impedancias eléctricas, vibración lateral, modo de haz acústico ortogonal, simulación por elementos finitos

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